成都华西华科研究所分析不同管电压对（定量CT）QCT骨密度测量体模软件系统检测法骨密度测量结果的影响

 [摘要]目的探讨不同管电压对定量CT(QCT)骨密度（BMD)测量结果的影响。方法采用Toshiba Aquilion 64排 CT机，对欧洲标准脊柱体模和QCT校准体模行CT扫描，根据不同管电压分为80 kV组、100 kV组、120 kV组、135 kV 组。每组除电压不同外，其余扫描参数相同，重建标准体模影像，并进行BMD测量。结果4组标准体模平均BMD值差 异有统计学意义（F= 3944. 32,尸<0. 05);80 kV组、100 kV组、135 kV组平均BMD值与标准体模BMD真值 (116. 67 mg/cm³)差异有统计学意义（P均<0. 05)。80 kV组、100 kV组、120 kV组、135 kV组BMD测量值减真值的绝 对值分别为（57. 22±1. 80)mg/cm³、（22. 82士0. 65)mg/cm³、（0• 08±0. 27)mg/cm³、（15. 94 士2. 52)mg/cm³。管电压与平 均BMD呈负相关（r =—0. 993，P<0.05)。结论不同管电压对QCT BMD的测量结果有影响。采用QCT测量BMD 时，建议将扫描协议中管电压固定为120 kV。

管电压是定量 CT(q_Uantitative CT，QCT)的一 个重要扫描参数^[1]。但采用QCT测量骨密度（bone mineral density: BMD)时对管电压的应用缺乏统一 的标准。本研究旨在探讨管电压的变化对QCTBMD 测量的影响，确定统一的管电压值，指导制定标准 QCT BMD扫描协议，以用于不同CT扫描机BMD测 量的多中心合作。

1材料与方法

1.1体模标准体模：采用欧共体确认的验证QCT 标准和质量控制的欧洲标准脊柱体模。模体中有3个 代表L1、L2、L3的嵌人模拟椎体，内含密度分别为 50、100、200 mg/cm³ 的羟磷酸钙[Ca₅(PH₄)₃〇H]。3 个模拟椎体BMD平均值真值为116. 67 mg/cm³。校 准体模：Mindways公司的5样本QCT体模（序列号

S.  N.2939)₀

[4]       2 CT 扫描采用 Toshiba Aquilion 64 排 CT 机。 将标准体模置于校准体模，校准体模的Head方向与 标准体模的TOP方向一致。扫描方式：螺旋扫描。 床高105 cm。扫描参数：管电流125 mAs，机架旋转 速度0.5转/秒，层厚32 mm，PF 0.844,扫描长度 10 cm，FOV40 cm，重建算法：FC03(标准算法），重建 矩阵512X512,重建间距0. 8 mm，管电压分别为80、 100、120、135 kV，并分为相应的组别。每组除电压不 同外，其余参数均相同，共扫描10次。记录CT机上 每组每次扫描所产生的100 mm长度的剂量长度乘积 (dose length product，DLP;mGy • cm，图 1)₀

[4]       QCT BMD测量将4组共40个容积数据传至 BMD分析软件的工作站（Mindways QCT PRO™)。 采用3D脊柱BMD应用模块（4.0 Mindways Soft­ware, Inc. )，于 Patient information 界面 ，选择每组中 一个容积数据，根据提示设置用于BMD分析的ROI，

图1标准体模置于校准体模上同时扫描

对4组的标准体模容积数据行BMD测量。测量各椎 体的BMD和3个椎体的平均BMD值。

1.4统计学分析采用SPSS 19.0统计分析软件，计 量资料以；i⁷士s表示；4组间BMD比较采用单因素方 差分析，两两比较采用LSD法；4组BMD均值与标准 体模真值比较采用单样本f检验；管电压与BMD的相 关性采用相关分析。以P<0.05为差异有 统计学意义。

2结果

80 kV 组、100 kV 组、120 kV 组、135 kV 组平均 BMD 分别为（173. 89 ± 1. 8) mg/cm³、（ 139. 49 士

2.          65)mg/cm³、（116. 59 士 0. 27) mg/cm³、（ 100. 73 士

[5]       52)mg/cm³,差异有统计学意义（F= 3944. 32，P<

186.0             05)，且两两比较差异均有统计学意义（P均<

195.0             05)。80 kV 组、100 kV 组、135 kV 组平均 BMD 值 与标准体模BMD真值（116. 67 mg/cm³)差异有统计 学意义（80 1^^组_：？=98.69，尸<0.05_;100 1^/组_：，=

210.2             54, P < 0. 05; 135 kV 组：，=—19. 976, P <

0.  05)，120 kV组平均BMD值与标准体模BMD真值 (116. 67 mg/cm³)比较差异无统计学意义U = —0. 911，P=0. 386)。80 kV 组、100 kV 组、120 kV 组、135 kV组BMD测量值减真值的绝对值分别为 (57. 22 士 1. 80 ) mg/cm³、（ 22. 82 士 0. 65 ) mg/cm³、 (0. 08 士 0. 27 ) mg/cm³、（ 15. 94 士 2. 52 ) mg/cm³。 80 kV组、100 kV 组、120 kV 组、135 kV 组的 DLP 分 别为 111. 60 mGy • cm、191. 60 mGy • cm、 293. 50 mGy • cm、371. 1 mGy • cm。管电压与平均 BMD 呈负相关（r=—0. 993，P<0. 05;图 2)。

3讨论

QCT骨密度测量体模软件系统检测法 BMD测量是在CT扫描时，通过将穿过人 体的CT衰减系数经校准体模转换为以mg/cm³为单

80     90     100   110   120   130   140   150

管电压(kV)         ，     _A

图2 BMD测量值随管电压变化的散点图

位的BMD测量技术^[2]。目前该技术已广泛应用于临 床BMD测_^[3]。普通CT、单排CT和MSCT配置质 量控制体模^#、校准体模和专用QCT骨密度测量体模软件系统检测法分析软件后，均可 用于BMD的测量^[4]。影响QCT骨密度测量体模软件系统检测法的最重要的扫描参 数有管电压、床高、管电流、采集时间的乘积、探测器准 直、螺距、重建视野、层厚、重建参数^[5]。之前笔者^[<"^8] 对低剂量BMD测量和重建参数对BMD测量的影响 进行了研究。QCT骨密度测量体模软件系统检测法BMD测量中管电压是一项重要参 数，因此有必要研究管电压对BMD测量结果的影响。

QCT腰椎BMD测量是在普通腰椎平扫时将校 准体模置于腰部下方与腰椎同时扫描。本研究所采用 的扫描方式与腰椎BMD测量的扫描方式一致。QCT骨密度测量体模软件系统检测法 腰椎BMD值的本质是在测量腰椎椎体松质骨CT值 的基础上，根据体模的CT值换算为BMD^[2]。CT值 与组织密度和X线能量以及算法有关。CT值=(某 种物质的X线衰减系数一水的衰减系数）/水的衰减 系数X 1000^[9]。临床所采用的CT值是在管电压为 120 kV时所测^[1G]。本研究管电压为120 kV时，BMD 为（116. 59±0. 27)mg/cm³,与标准体模BMD真值 (116. 67 mg/cm³)基本吻合。

近年来，MSCT低剂量扫描已广泛开展。因辐射 剂量与管电压呈指数关系，因此有研究者^[11_13]提出采 用降低管电压以降低辐射剂量。本研究结果显示 80 kV组、100 kV 组、120 kV 组、135 kV 组的 DLP 分 别为 111. 60 mGy • cm、191. 60 mGy • cm、 293. 50 mGy • cm、371. 1 mGy • cm，提tk 管电压越 大，辐射剂量越大。降低管电压可显著降低辐射剂量， 但降低管电压后图像噪声增加，需通过适当增加管电 流进行补偿^[14]，然而，改变扫描条件后，尤其降低管电 压后，由于X线线质发生改变，CT值也会随之发生改 变。根据 Lambert-Beers 定律：I = I〇e—♦ (I。和 I 分 别为入射和出射X线强度，Ax是物质厚度卞是该物 质衰减系数，随物质的密度的增加而增加，也与射线能 量有关），能量越高的射线穿透能力越强，因而衰减系 数相应减小^m。在比较不同扫描条件下物质的CT值 时，C T值的改变将影响对结果的判断^[1 °^]。李锋坦 等^[15]在管电压对CT值、辐射剂量及图像质量影响的 模型研究中，认为改变管电压后CT值发生改变，可依 据不同管电压下CT值的对应关系进行校准。管电压 的变化将引起C T值的变化，使相同的组织产生不同 的CT值，进而导致BMD值的变化。本研究测量4组 不同管电压下标准体模的平均BMD值，发现4组间 平均BMD差异均有统计学意义（P< 0.05)，其中

80 kV组平均 BMD 值[( 173. 89 士 1.8) mg/cm³]与 135 kV组平均 BMD 值[(100. 73 ±2. 52)mg/cm³]相 差73. 16 mg/cm³。根椐2007年国际临床骨测量学会 (the international Society for Clinical Densitometry, ISCD)的专家建议，BMD〉120 mg/cm³为骨密度正 常；80〜120 mg/cm³为低骨量；<80 mg/cm³为骨质 疏松^[1，^5]。诊断BMD正常与骨质疏松BMD值之间只 相差40 mg/cm³。如对同一样本分别采用80 kV和 135 kV扫描，会因管电压的不同得到相差 73. 16 mg/cm³的BMD值，从而导致诊断误差。

本研究的结果提示管电压低，BMD值高；管电压 高，BMD值低，是因管电压决定X线能量。在致密骨 中，X线能量较低时，光电效应的比重较大；X线能量 较高时，以康普顿效应为主^L9]。当X线能量降低即低 管电压时，由于光电效应X线穿过被照物体时被吸 收，探测器接收物质衰减系数M值增大，可导致BMD 测量值偏高。目前临床使用的BMD测量软件多以 120 kV为基础，所以采用其他管电压进行QCT骨密度测量体模软件系统检测法 BMD 测量时，其结果将可能产生偏差。

本研究证实不同管电压对QCT骨密度测量体模软件系统检测法 BMD测量值有 影响。采用QCT测量BMD时，应标明管电压的数 值。不同CT扫描机之间、多中心合作间BMD测量数 据采集时，应将扫描协议中管电压固定为120 kV，以 确保米集标准一致。

成都华西华科研究所研发生产多种定量CT QCT骨密度测量体模软件分析系统
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